Беспилотная авиация 2017. Доклад на конференции Артамонова М.Ю. (Академия Сен Мишель)
Довелось участвовать на ежегодном мероприятии Центра стратегических разработок в гражданской авиации - конференции Беспилотная авиация 2017. Наш доклад, ввиду некоторых организационных передряг на конференции получился скомканным и не полным. Судя по реакции в кулуарах мероприятия, доклад вызвал некоторый интерес со стороны разработчиков. Поэтому публикуем его полностью на страницах нашего сайта:
Итак, развитие электронных систем контроля привело к созданию целого поколения дронов вертикального взлета и посадки различных форм и технических характеристик. Теперь нет необходимости вкладывать миллионы в разработку аппаратов. Достаточно купить на АлиБабе дрон необходимых параметров и нафаршировать его аппаратурой. Помнится, как в советские времена мы делали кордовые модели самых причудливых форм - от топора, ведра до серпа и молота. Да все гораздо упростилось, но… только в отношении аппаратов с электрическим приводом. Когда дело касается двигателей внутреннего сгорания, начинаются проблемы, о которых разработчики либо не знают, либо умалчивают, чтобы не потерять финансирование. Да и с электродвигателями при увеличении размеров аппарата начинаются серьезные проблемы, о которых мы поговорим ниже.
В качестве примера приведу разработку славной группы “Кронштадт” - конвертоплан “Фрегат”:
И… упс… конвертоплан из США ELYTRON:
Не будем останавливаться на том, кто был яйцом, а кто курицей. Не в этом дело. Дело в том, что миниатюрные модели на электродвигателях показывали и у тех и у других неплохие летные характеристики. Однако, когда американцы поставили на свой аппарат двигатель внутреннего сгорания, конвертоплан разбился, ввиду отсутствия системы стабилизации, основанной на быстром перебросе мощности между винтами. Наивно полагая, что воздушными заслонками (если хотите - элеронами) можно решить все проблемы, американцы потерпели фиаско. Наши из “Кронштадта” упорно идут по пути американцев, чтобы в конце наступить на те же грабли.
В короткой переписке на фейсбуке стало ясно, что Конвертоплан Фрегат будет по тангажу стабилизироваться импеллером в хвостовой части (это разумно), по рысканию - газами (видимо из выхлопной системы ДВС), а вот про стабилизацию по крену было дословно сказано: ”У нас все хорошо”.
Грабли ждут, но так хочется денег :)
Итак, система стабилизации аппарата на ДВС есть только у OSPREY. Попытки проигнорировать эту проблему приведут к сумасшедшим потерям времени и средств.
Попытки стабилизировать аппарат “педалью газа” не приводят в желаемому результату. Ярким примером может служить следующий ховербайк.
Colin Furze даже взлетел. Но как? Видео фееричного полета можно посмотреть здесь https://www.youtube.com/watch?v=soxxPyaAT1k
Вторая неприятность, которую не желают замечать разработчики - ограниченные возможности электродвигателей.
Обратимся снова к ховербайкам. Искренне восхищаюсь нашими ребятами и их ховербайком Скорпион
Хоть и слизали (или не слизали, а просто мыслили в одном направлении) они схему у Malloy Aeronautics:
Видео полета можно посмотреть здесь: https://www.youtube.com/watch?v=JkIc2Y5gKYM
Да, все получилось, но… После этого успеха ребята заявили о наличии технологий, позволяющих создать грузовые дроны грузоподъемностью до 2500 кг. Головокружение от успеха?
Если парни думают, что могут реализовать этот проект на электрической тяге, то они ошибаются. Их ждет участь Agusta Westland Project Zero:
Здесь разработчики из Агусты подошли вплотную к грани после которой электрические двигатели не могут столь же быстро реагировать на команды (увеличивать и уменьшать обороты) ввиду размеров воздушных винтов. Всю систему убивает ИНЕРЦИЯ.
Видео нервного “подскока” Agusta Westland Project Zero можно посмотреть здесь: https://www.youtube.com/watch?v=Wlv-q_T95HA
Именно поэтому в проекте Aurora от Aurora Flight Sciences использована целая куча импеллеров с винтами малого диаметра, обеспечивающими быструю реакцию и устойчивую стабилизацию:
Видео полета можно посмотреть здесь: https://www.youtube.com/watch?v=x9yc6fTaF_E
Возвращаясь к России. Наши разработчики щеголяют заявлениями о безграничных возможностях своих аппаратов в условиях Крайнего Севера. Какие к черту аккумуляторы, когда у нас в Арктике минус 40 - это оттепель.
Эффективным решением поставленных проблем может служить гибридная технология представленная нами еще в 2014 году. http://artamonoff.info/archives/253
Суть состоит в совместном использовании двигателей внутреннего сгорания и электрических двигателей. Нужно отдать им те функции, с которыми они справляются лучше всего: Двигатели внутреннего сгорания обеспечивают подъемную силу. Электрические двигатели - стабилизацию аппарата. Вот схема применительно к конвертоплану:
Работает ли эта схема? Работает.
Это подтвердили авиамоделисты из Украины ОКБ Матрица Технологий в отношении мультикоптера:
Видео полета можно посмотреть здесь: https://ok.ru/video/244168134990
Сейчас даже на маломощных бензиновых двигателях, запускаемых в помощью дрели, они поднимают в воздух не только гранатомет, но и по последним данным - 20 кг полезной нагрузки.
Нам, признаться честно, не интересны мультикоптеры. Поэтому гибридный привод для них мы запатентовали , но считаем это стартовым вариантом для системы стабилизации конвертоплана (патент 142287). Мы решили сделать более компактную модель, с соосным расположением винтов:
Получив золотую медаль на выставке в Женеве, оббив пороги МВД, ФСБ, МЧС, Минпромторга, получив отлуп со списком всех причин, по которым мы не имеем права заниматься беспилотниками, мы занялись другими проектами. В этом году мы приняли участие в конкурсе “Свободный взлет”, проводимом Фондом перспективных исследований. Вот что мы представляли:
Концепция беспилотной летающей платформы модульной конструкции с базовой схемой трикоптера для упрощения преодоления переходного режима конвертоплана. Когда моделировали концепт с модулями и внешней подвеской, как ни крутили, появлялся беспилотник их фильма Терминатор. Плюнули и назвали его SKYNET.
Базовая схема трикоптера:
Сменные модули:
Постоянно посещала мысль избавиться от соосных винтов и сделать конструкцию еще более цельной. Родился вариант гибридного привода с электродвигателями, расположенными на полуосях, но при этом добавился… простой дифференциал. Чтобы понять это работает, представьте себе задний мост заднеприводного автомобиля. В момент, когда автомобиль входит в поворот, один из валов начинает вращаться быстрее, а противоположный, благодаря дифференциалу, медленней. Функции “поворотов” выполняют электрические двигатели на полуосях. Надеемся, что проблемы инерции не будут стоять так остро при этой схеме. Нужно строить прототип. А пока подали заявку на патент:
Да, в этой схеме можно использовать солнечные панели, взлетев на достаточную высоту и отсоединив ДВС.
Ну, и вишенка на торте:
Случайно наткнувшись в прессе на видео с достижениями DARPA, мы обратили внимание на данный проект.
Адаптивное шасси. Работает.
Громоздкая ферма и восемь приводов.
Хотя все гораздо проще. Адаптивное шасси летательного аппарата:
Всего 2 привода и 2 дуги позволят посадить аппарат на ровную, но нестабильную поверхность (палуба корабля). 4 привода и 4 полудуги обеспечат посадку на любую неровную поверхность с допустимым перепадом высот. 3D сканер не только оценит посадочную площадку, но и сконфигурирует стойки шасси еще до момента касания.
Итак, со всеми этими разработками мы не прошли даже в десятку финалистов конкурса “Свободный взлет” Фонда Перспективных Исследований, в отличие от славного Фрегата от Кронштадта. Может потому, что один из экспертов Фонда в кулуарах собрания говорил, что стабилизация OSPREY - плевое дело и осуществляется шагом винта, а вся проблема в автоматике (!?!). Может потому, что мы написали, что в России нет готового коллектива, обладающего всеми компетенциями, технологиями и оборудованием для реализации данного проекта и нужно собирать спецов со всей страны и строить шарашку в лучших традициях советского авиапрома, когда новую модель самолета могли создать за год и менее.
Такие пироги.